В мозге обнаружен переключатель, контролирующий инстинкты «замри или беги»

Фото из открытых источников

Исследователи выявили ключевой нейронный переключатель, который отвечает за инстинктивное бегство животных от угрозы или замирание на месте. Сравнивая два близкородственных вида мышей, они обнаружили, что этот переключатель эволюционно откалиброван в соответствии со средой обитания животного. Этот нейронный контур гиперчувствителен у мышей, живущих в густой растительности, что обеспечивает мгновенное бегство, но менее чувствителен у их сородичей, живущих в открытом пространстве, которые чаще замирают. Таким образом, исследовательская группа раскрыла важный способ, которым эволюция настраивает мозг на выживание.

В природе выживание зависит от принятия верного решения в доли секунды при приближении опасности, и защитные контуры мозга созданы именно для этой задачи. Однако то, что считается «правильной» реакцией, зависит от ландшафта: в густом лесу быстрое бегство в подлесок может спасти жизнь; на открытой траве неподвижное укрытие позволяет выиграть время. Как эволюция решает эту загадку? 

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, международная исследовательская группа из Бельгии и США раскрыла элегантный механизм, который, изменяя чувствительность центра реакции на опасность в мозге, адаптирует поведение к каждой среде без перестройки всей системы.

Когда над головой появляется тень потенциального хищника, лесные мыши (Peromyscus maniculatus) бросаются в укрытие, в то время как их сородичи, живущие в открытом грунте (Peromyscus polionotus), замирают на месте. Исследователи решили определить, какой именно переключатель в мозге активирует эти противоположные инстинкты.

«Чтобы точно измерить способность к бегству, мы предъявляли обоим типам мышей стимулы, напоминающие поведение воздушного хищника в контролируемой среде», — объясняет соавтор исследования Феликс Байер из Гарварда. «Мы обнаружили, что мышам, живущим в открытом поле, для запуска реакции бегства требовался примерно вдвое более интенсивный стимул, чем их лесным сородичам, что указывает на существенную разницу в том, как они обрабатывали стимул, представляющий угрозу».

Используя передовые методы регистрации нейронных сигналов с помощью нейропиксельных зондов и манипуляционных технологий, исследователи проследили эти поведенческие различия до центрального центра управления действиями побега: дорсального околоводопроводного серого вещества (dPAG) – группы нейронов, расположенных глубоко в мозге. «Мы были удивлены, обнаружив, что эволюция действовала в центральной области мозга, ниже периферического сенсорного восприятия, поскольку для изменения поведения часто считалось, что самый простой и эффективный способ – это просто изменить сенсорные сигналы», – говорит Байер.

Оба вида животных воспринимают надвигающуюся угрозу одинаково, о чём свидетельствуют сопоставимые реакции в цепи от глаза до dPAG, когда животные видели стимул, не реагируя на него. Однако активация dPAG существенно различалась в случае, когда мыши спасались от угрозы.

«Наш мониторинг нейронной активности выявил разительный контраст: у лесных оленьих мышей спасение от потенциальной угрозы в небе происходит благодаря мгновенной команде «беги» в dPAG, тогда как у их сородича, обитающего в открытом поле, dPAG таких команд не посылает. Это различие можно рассматривать как эволюционное перепрофилирование нейронных цепей для тонкой настройки реакции выживания», — говорит соавтор исследования Катя Рейнхард из Лёвенского католического университета (Бельгия).

Более того, используя передовые методы, позволяющие учёным активировать или подавлять активность определённых участков мозга, команда продемонстрировала причинно-следственную связь. Искусственная стимуляция нейронов dPAG у лесных мышей заставляла их убегать даже при отсутствии угрозы. Напротив, использование химических методов для подавления активности dPAG повышало порог бегства, делая их поведение более похожим на поведение их сородичей. 

Исследование не только проливает свет на то, как контролируются инстинктивные формы поведения, такие как замирание или бегство, но и подчеркивает гибкость внутренней архитектуры мозга, объясняют ведущие авторы профессор Карл Фэрроу (IMEC, KU Leuven, VIB) и профессор Хопи Хекстра (Гарвард).

«Сравнивая эти два родственных вида, мы обнаружили переключатель, который уравновешивает замирание и бегство, показывая, как естественный отбор настраивает поведение без перестройки чувств», - говорит Фэрроу.

«Наше новое открытие иллюстрирует фундаментальный эволюционный принцип: естественный отбор часто изменяет существующие нейронные цепи, а не создает совершенно новые пути», - резюмирует Хекстра.